CN216848137U - 一种雷达及异物检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种雷达及异物检测系统，所述雷达包括：X波段信号调频源、W波段发射模块和W波段接收模块；X波段信号调频源用于接收外部输入的频率信息，根据频率信息生成调频信号并发送给W波段发射模块；W波段发射模块用于将调频信号放大为发射信号并发射；W波段接收模块用于接收回波信号；其中，发射信号的带宽不小于预设的最小带宽值。本实用新型能够有效提高机场异物检测系统的检测灵敏度。

Description

一种雷达及异物检测系统

技术领域

本实用新型属于雷达技术领域，尤其涉及一种雷达及异物检测系统。

背景技术

目前，国内机场大多采用人工目视巡场的方式对跑道定期进行检查和清扫。存在以下几点不足：人工目视巡场时必须关闭跑道，降低了机场的容量；受巡查人员自身素质和天气条件环境的制约，难以保证检测率；可追溯性差。针对上述问题，部分机场采用雷达对机场异物进行检测。

然而，现有技术的机场异物检测系统中雷达都是采用窄带宽同频输出，在一些情况下，雷达之间会产生干扰从而降低雷达的检测灵敏度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种雷达及异物检测系统，旨在解决现有技术中基于雷达的机场异物系统检测灵敏度低的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例的第一方面提供一种雷达，包括：

X波段信号调频源、W波段发射模块和W波段接收模块；

X波段信号调频源用于接收外部输入的频率信息，根据频率信息生成调频信号并发送给W波段发射模块；

W波段发射模块用于将调频信号放大为发射信号并发射；

W波段接收模块用于接收回波信号；

其中，发射信号的带宽不小于预设的最小带宽值。

可选的，频率信息包括第一频率信息和第二频率信息；X波段信号调频源包括：

L波段参考时钟单元、直接数字频率合成器、第一倍频滤波单元、第一混频器、第二倍频滤波单元、功分器和本振单元；

L波段参考时钟单元用于根据第一频率信息驱动直接数字频率合成器生成基带信号；本振单元用于根据第二频率信息生成本振信号；基带信号经过第一倍频滤波单元后在第一混频器中与本振信号进行混频，混频后的信号经过第二倍频滤波单元得到调频信号；调频信号输入到功分器中，并通过功分器的第一路输出发送至W波段发射模块，以及通过功分器的第二路输出发送至W波段接收模块。

可选的，W波段发射模块包括：

倍频放大单元和发射天线；

倍频放大单元用于将调频信号放大为发射信号；

发射天线用于发射发射信号。

可选的，W波段接收模块包括：

信号处理单元和接收天线；

接收天线用于接收回波信号；

信号处理单元用于对回波信号进行处理得到中频信号。

可选的，信号处理单元包括：

低噪声放大器、第二混频器和本振倍频器；

低噪声放大器用于对回波信号放大后发送给第二混频器；

本振倍频器用于对调频信号倍频处理后发送给第二混频器；

第二混频器用于对回波信号和调频信号混频得到中频信号。

可选的，第一倍频滤波单元和第二倍频滤波单元均包括：

第一倍频器和滤波器；

在第一倍频滤波单元中，基带信号依次经过第一倍频器倍频处理、滤波器滤波处理后发送至第一混频器；

在第二倍频滤波单元中，混频后的信号依次经过滤波器滤波处理、第一倍频器倍频处理后得到调频信号。

可选的，倍频放大单元包括：

第二倍频器和功率放大器；

第二倍频器用于对调频信号进行倍频处理后发送给功率放大器；

功率放大器用于对调频信号进行功率放大，得到发射信号，并将发射信号发送给发射天线。

可选的，还包括：

时序控制模块；

时序控制模块与X波段信号调频源连接，用于对X波段信号调频源生成调频信号的时序进行控制。

可选的，预设的最小带宽值为0.8GHz。

本实用新型实施例的第二方面提供一种异物检测系统，包括上位机以及如上述第一方面的雷达，上位机与各个雷达的X波段信号调频源连接；

上位机用于向各个雷达的X波段信号调频源发送频率信息，以使各个雷达的X波段信号调频源根据频率信息生成调频信号。

本实用新型与现有技术相比存在的有益效果是：

本实用新型的雷达能够通过对X波段信号调频源的控制来调整输出频率，使得应用于机场异物检测系统的各个雷达既可以工作在同频模式又可以工作在异频模式；并且由于雷达采用输出不小于预设最小带宽值的宽频带设计，使得在异频模式下，相邻两个雷达间不会相互干扰，提高异物检测灵敏度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的雷达的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的X波段信号调频源的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的W波段发射模块的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的W波段接收模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的异物检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1所示，本实用新型实施例提供的雷达10包括：

X波段信号调频源11、W波段发射模块12和W波段接收模块13。

X波段信号调频源11用于接收外部输入的频率信息，根据频率信息生成调频信号并发送给W波段发射模块12。

W波段发射模块12用于将调频信号放大为发射信号并发射。

W波段接收模块13用于接收回波信号。

其中，发射信号的带宽不小于预设的最小带宽值。

在本实用新型实施例中，考虑到机场跑道同一侧相邻两个雷达以及跑道两侧相对两个雷达的输出频率相差一定数值时，可有效避免相互干扰。现有技术中为了降低成本，雷达通常采用窄频带设计，要想实现雷达的异频输出，必须更换雷达。而在本实施例中，设计雷达10的输出带宽不小于预设最小带宽，最小带宽的典型值为0.8GHz，即雷达10采用宽频带设计，使得应用于机场异物检测的各个雷达10可以根据需求工作于同频模式或异频模式。

可见，本实用新型的雷达能够通过对X波段信号调频源的控制来调整输出频率，使得应用于机场异物检测系统的各个雷达既可以工作在同频模式又可以工作在异频模式；并且由于雷达采用输出不小于预设最小带宽值的宽频带设计，使得在异频模式下，相邻两个雷达间不会相互干扰，提高异物检测灵敏度。

可选的，参见图2所示，X波段信号调频源11包括：

L波段参考时钟单元111、直接数字频率合成器112、第一倍频滤波单元113、第一混频器114、第二倍频滤波单元115、功分器116和本振单元117。

L波段参考时钟单元111根据第一频率信息驱动直接数字频率合成器112生成基带信号，以及控制本振单元117生成本振信号。基带信号经过第一倍频滤波单元113后在第一混频器114中与本振信号进行混频，混频后的信号经过第二倍频滤波单元115得到调频信号。调频信号输入到功分器116中，并通过功分器116的第一路输出发送至W波段发射模块12，以及通过功分器116的第二路输出发送至W波段接收模块13。

可选的，第一倍频滤波单元113和第二倍频滤波单元115均包括：

第一倍频器和滤波器。

在第一倍频滤波单元113中，基带信号依次经过第一倍频器倍频处理、滤波器滤波处理后发送至第一混频器114。

在第二倍频滤波单元115中，混频后的信号依次经过滤波器滤波处理、第一倍频器倍频处理后得到调频信号，并发送给功分器116。

在本实用新型实施例中，雷达输出频率可以通过更改直接数字频率合成器112生的基带信号f0和本振单元117生成的本振信号fLO来改变。考虑满足民航对于FOD雷达输出频率的要求，本实用新型实施例中各个雷达的输出频率范围可以为92-95GHz。则本振单元117可以设置为生成固定5.4GHz的本振信号fLO，直接数字频率合成器112生成175～268.75MHz范围内的基带信号f0，f0经过第一倍频滤波单元113中的第一倍频器(2倍频器)和滤波器，得到350～537.5MHz范围内的信号f1，f1在第一混频器114中与fLO混频得到5.75-5.9375GHz的信号f2，f2经过第二频滤波单元115中的滤波器和第一倍频器(2倍频器)，得到11.5-11.875GHz的调频信号f3，f3输入到W波段发射模块12中进行倍频后即可得到92-95GHz的发射信号。其中，第二频滤波单元115中的滤波器为带通SAW滤波器，其可以满足350～537.5MHz范围内任意50MHz信号低插损通过的同时，对带外干扰信号进行抑制。

可选的，参见图3所示，W波段发射模块12包括：

倍频放大单元121和发射天线122。

倍频放大单元121用于将调频信号放大为发射信号。

发射天线122用于发射发射信号。

可选的，倍频放大单元121包括：

第二倍频器和功率放大器。

第二倍频器用于对调频信号进行倍频处理后发送给功率放大器。

功率放大器用于对调频信号进行功率放大，得到发射信号，并将发射信号发送给发射天线122。

在本实用新型实施例中，第二倍频器为8倍频器，上述11.5-11.875GHz的调频信号f3经过8倍频器和功率放大器后，可以得到92-95GHz的发射信号。

可选的，参见图4所示，W波段接收模块13包括：

信号处理单元131和接收天线132。

接收天线132用于接收回波信号。

信号处理单元131用于对回波信号进行处理得到中频信号。

可选的，信号处理单元131包括：

低噪声放大器、第二混频器和本振倍频器。

低噪声放大器用于对回波信号放大后发送给第二混频器。

本振倍频器用于对调频信号倍频后发送给第二混频器。

第二混频器用于对回波信号和调频信号进行混频得到中频信号。

在本实用新型实施例中，利用调频信号经过本振倍频器倍频形成接收本振信号，可有效降低雷达收发模块的体积和成本。本振倍频器为8倍频器，上述11.5-11.875GHz的调频信号f3经过8倍频器后得到92-95GHz的接收本振信号，接收本振信号与回波信号混合得到中频信号IF进行后续的检测、定位分析。

可选的，雷达10还包括：

时序控制模块。

时序控制模块与X波段信号调频源11连接，用于对X波段信号调频源11生成调频信号的时序进行控制。

在本实用新型实施例中，时序控制模块实现X波段信号调频源11中直接数字频率合成器112和本振单元117的时序控制。

在本实用新型实施例中，按照雷达的硬件结构设计，雷达输出频率fout为：

fout＝8*f3＝8*2*f2＝8*(2*(f1+fLO))＝8*(2*(2*f0+fLO))

雷达输出频率可以通过更改f0和fLO来改变。

另外，在本实用新型中，直接数字频率合成器112选用低成本的直接数字频率合成芯片实现f0信号的输出，本振单元117选用低相噪PLL芯片实现本振信号的低相噪输出。收发模块使用W波段波导缝隙天线进行信号的收发，采用裸芯片结合微组装键合工艺，确保收发模块的小型化和模块化。收发模块可以在满足同频输出的常规要求下同时兼容异频输出，在机场跑道、滑行道和停机坪快速定位外来物碎片，保证飞行器、周围环境和人员的安全。

参见图5所示，本实用新型实施例提供了一种异物检测系统，包括上位机20以及如上述的雷达10，上位机20与各个雷达10的X波段信号调频源11连接。上位机20用于向各个雷达10的X波段信号调频源11发送频率信息。各个雷达10的X波段信号调频源11根据频率信息生成调频信号。

基于本实用新型实施例所提出的雷达，并考虑满足民航对于FOD雷达输出频率92-95GHz范围的要求，本实用新型实施例中各个雷达10的输出频率可以进行如下设置：

策略一：从92-95GHz范围内选取3个频率f01、f02、f03，这三个频率两两之间的差值不小于预设最小带宽。机场跑道一边雷达按照f01、f02、f03、f01、f02、f03的顺序排列，另外一边的雷达按照f02、f03、f01、f02、f03、f01的顺序排列，此时跑道同一侧相邻两个雷达以及跑道两侧相对的两个雷达的输出频率均不同，可有效避免同频干扰的问题。

策略二：从92-95GHz范围内选取3个频率f01、f02、f03，这三个频率两两之间的差值不小于预设最小带宽。机场跑道一边雷达按照f01、f02、f03、f01、f02、f03的顺序排列，另外一边的雷达按照f03、f01、f02、f03、f01、f02的顺序排列，此时跑道同一侧相邻两个雷达以及跑道两侧相对的两个雷达的输出频率均不同，可有效避免同频干扰的问题。

策略三：从92-95GHz范围内选取3个频率f01、f02、f03，这三个频率两两之间的差值不小于预设最小带宽。机场跑道一边雷达按照f01、f03、f02、f01、f03、f02的顺序排列，另外一边的雷达按照f02、f01、f03、f02、f01、f03的顺序排列，此时跑道同一侧相邻两个雷达以及跑道两侧相对的两个雷达的输出频率均不同，可有效避免同频干扰的问题。

以上仅以示例进行说明，可以理解的是，本实用新型提供的机场异物检测系统中各个雷达均采用宽频带设计，任意相邻两个雷达的输出频率的差值均可以不小于预设最小带宽，实现异频防干扰的效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达，其特征在于，包括：

X波段信号调频源、W波段发射模块和W波段接收模块；

所述X波段信号调频源用于接收外部输入的频率信息，根据所述频率信息生成调频信号并发送给所述W波段发射模块；

所述W波段发射模块用于将所述调频信号放大为发射信号并发射；

所述W波段接收模块用于接收回波信号；

其中，所述发射信号的带宽不小于预设的最小带宽值。

2.如权利要求1所述的雷达，其特征在于，所述频率信息包括第一频率信息和第二频率信息；所述X波段信号调频源包括：

L波段参考时钟单元、直接数字频率合成器、第一倍频滤波单元、第一混频器、第二倍频滤波单元、功分器和本振单元；

所述L波段参考时钟单元用于根据所述第一频率信息驱动所述直接数字频率合成器生成基带信号；所述本振单元用于根据所述第二频率信息生成本振信号；所述基带信号经过所述第一倍频滤波单元后在所述第一混频器中与所述本振信号进行混频，混频后的信号经过所述第二倍频滤波单元得到所述调频信号；所述调频信号输入到所述功分器中，并通过所述功分器的第一路输出发送至所述W波段发射模块，以及通过所述功分器的第二路输出发送至所述W波段接收模块。

3.如权利要求2所述的雷达，其特征在于，所述W波段发射模块包括：

倍频放大单元和发射天线；

所述倍频放大单元用于将所述调频信号放大为发射信号；

所述发射天线用于发射所述发射信号。

4.如权利要求2所述的雷达，其特征在于，所述W波段接收模块包括：

信号处理单元和接收天线；

所述接收天线用于接收回波信号；

所述信号处理单元用于对所述回波信号进行处理得到中频信号。

5.如权利要求4所述的雷达，其特征在于，所述信号处理单元包括：

低噪声放大器、第二混频器和本振倍频器；

所述低噪声放大器用于对所述回波信号放大后发送给所述第二混频器；

所述本振倍频器用于对所述调频信号倍频处理后发送给所述第二混频器；

所述第二混频器用于对所述回波信号和所述调频信号混频得到中频信号。

6.如权利要求2所述的雷达，其特征在于，所述第一倍频滤波单元和所述第二倍频滤波单元均包括：

第一倍频器和滤波器；

在所述第一倍频滤波单元中，所述基带信号依次经过所述第一倍频器倍频处理、所述滤波器滤波处理后发送至所述第一混频器；

在所述第二倍频滤波单元中，混频后的信号依次经过所述滤波器滤波处理、所述第一倍频器倍频处理后得到所述调频信号。

7.如权利要求3所述的雷达，其特征在于，所述倍频放大单元包括：

第二倍频器和功率放大器；

所述第二倍频器用于对调频信号进行倍频处理后发送给所述功率放大器；

所述功率放大器用于对所述调频信号进行功率放大，得到所述发射信号，并将所述发射信号发送给所述发射天线。

8.如权利要求1-7任一项所述的雷达，其特征在于，还包括：

时序控制模块；

所述时序控制模块与所述X波段信号调频源连接，用于对所述X波段信号调频源生成调频信号的时序进行控制。

9.如权利要求1-7任一项所述的雷达，其特征在于，所述预设的最小带宽值为0.8GHz。

10.一种异物检测系统，其特征在于，包括上位机以及如权利要求1-9任一项所述的雷达，所述上位机与各个雷达的X波段信号调频源连接；

所述上位机用于向各个雷达的X波段信号调频源发送频率信息，以使各个雷达的X波段信号调频源根据所述频率信息生成调频信号。

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